[发明专利]多基站协作场景中基于安全速率优化的预编码方法

权利要求书

1.一种多基站协作场景中基于安全速率优化的预编码方法，基于包括K个基站、一个用户和一个窃听者，一个用于信号处理的中央处理器的通信系统结构，其特征在于，包括以下步骤：

A.K个基站同时向用户发送训练序列P₁，用户根据接收到的信号进行信道估计，得到基站与用户之间的信道信息窃听者根据接收到的信号对信道进行估计，得到基站与窃听者之间的信道信息

B.中央处理器根据基站与用户之间的信道信息和基站与窃听者之间的信道信息计算所有基站的预编码矩阵F，其中F=blkdiag{F₁,F₂,…F_K}，F_i为第i个基站的预编码矩阵,并将F_i反馈给第i个基站，i=1,2,…K；

C.K个基站将要发送的信号s经过预编码处理后发送给用户，假设第i个基站有N_i根收发天线，用户有N_u根收发天线，窃听者有N_e根收发天线，用户、窃听者接收到的信号分别表示为：

yu=Σi=1KHi(u)Fis+nu]]>

ye=Σi=1KHi(e)Fis+ne]]>

其中，分别是一个N_u×N_i阶、N_e×N_i阶的矩阵，分别表示第i个基站和合法用户之间、窃听者之间的信道；F_i是一个N_i×N_i阶的矩阵，表示第i个基站的预编码矩阵；s是一个N_i×1的向量，表示基站发射的信号，并且其中E{x}表示x的数学期望，上标H表示共轭转置运算；n_u、n_e分别是一个N_u×1、N_e×1的向量，分别表示用户端、窃听者端的高斯白噪声，并且E{neneH}=σe2I;]]>

D.用户端和窃听者对接收到的信号进行检测处理，分别得到估计的发送信号s₁，s₂。

2.根据权利要求1所述的多基站协作场景中基于安全速率优化的预编码方法，其特征在于，第B步中所述的所有基站的预编码矩阵F的计算步骤如下：

（1）、将优化系统安全速率进行凸优化；定义系统的安全速率为：C=∣C_u－C_e∣⁺，其中∣x∣⁺表示取0与x间的最大值，C_u、C_e分别表示用户、窃听者的速率，且计算如下：C_u=log(1+SNR_u)、C_e=log(1+SNR_e)，其中SNR_u、SNR_e分别表示用户和窃听者的信噪比；

然后，把优化C_u和C_e转化为分别优化SNR_u和SNR_e；此时，目标成为最大化SNR_u，同时各基站需要满足各自的功率约束，SNR_e也要小于一个阈值，阈值取0至2之间的数，约束条件表示为：

Tr(FiFiH)≤Pi,i=1,2,...K]]>

SNR_e≤r_e

其中，SNRu=||Σi=1KHi(u)Fi||2||nu||2,SNRe=||Σi=1KHi(e)Fi||2||ne||2,]]>r_e表示窃听者的阈值；

（2）、设计各基站的预编码矩阵，最大化系统的安全速率；定义矩阵F，且F=blkdiag{F₁,F₂,…F_K}，得到P_i是由“0”和“1”排列组成的的矩阵；同时，引入等式vec(F)=T_ff和W=ff^H，这里f定义为：

f=vec(F1)vec(F2)...vec(FK)]]>

T_f是由“0”和“1”组成的矩阵；

此时，SNR_u和约束条件的表达式分别改写为：

||Σi=1KHi(u)Fi||2||nu||2=Tr(AW)Nuσu2]]>

Tr(CW)≤P_i,i＝1,2,…K

Tr(BW)≤r~e]]>

rank(W)＝1

忽略rank(W)＝1的约束条件，转化为一个半正定规划，由内点法解得最优的预编码矩阵；

其中，A=Σi=1KΣj=1KTfH(PjTPi)T⊗(PiTHi(u)HHj(u)Pj)Tf,]]>

B=Σi=1KΣj=1KTfH(PjTPi)T⊗(PiTHi(e)HHj(e)Pj)Tf,C=TfH(PiTPi)T⊗(PiTPi)Tf.]]>